Ako je to vlastne s elektromobilmi? A akú rolu pri ovplyvňovaní verejnej mienky hrá projekt Tesla?

Bratislava 20. decembra 2019 (HSP/Foto:TASR/AP-Chuck Burton)

Je či nie je elektromobil perspektívna cesta vývoja? Majú pravdu ľudia, ktorí tvrdia, že elektromobily nebudú môcť v budúcnosti pre svoje nevýhody konkurovať iným spôsobom pohonu?

Elektromobily sa zatiaľ presadzujú pomerne málo, pretože väčšinou nemajú vybudovanú pohodlnú sprievodnú infraštruktúru. Podobne na tom bol v minulosti aj parný rušeň, vďaka čomu dlhý čas nad ním vyhrával kôň, ktorý funguje „na seno“.

Dnes by už parný rušeň infraštruktúru mal, lenže na druhej strane, dnešná doba by asi ťažko prijala iné jeho nevýhody, ako napríklad vyletujúce iskry, padajúce na lány obilia pred žatvou, či všadeprítomné sadze a pach síry z uhlia vykopaného pomaly až z pekla – najmä v tuneloch. Hoci, s ohľadom na prepravenú tonáž, parný rušeň v porovnaní napríklad s dopravným lietadlom nemusí byť na tom až tak zle v otázke emisií. Nenechajme sa zmýliť neškodnými oblakmi pary, ktoré pozdĺž trate fungovali ako dnešné nákladné zavlažovacie zariadenie. Na rozdiel od lietadiel, tá para zostávala dole, a keďže boli rušne prevažne z ocele, neopadával z nich, ako z dnešných nových lietadiel po úderoch blesku a hmyzu, žiaden dodatočný hliník.

Dosť však bolo pokusov o žart, poďme sa venovať argumentom typu nemožné, nedá sa, neutiahnu. Nemýľme si tiež pragmatických skeptikov s ľuďmi, ktorí iba nevedia, ako to možné je, ako sa to dá, ako utiahnu.

Jednou z vecí, o ktorých sa často hovorí, je výkon. Merači a porovnávači dnešných áut tvrdia, že elektromobil potrebuje cca 100 kWh na 500 km, teda cca 20 kWh na 100 km. Je táto hodnota objektívna, reálna? Na čom závisí?

Nuž, závisí tiež od toho, aký komfort a vlastnosti auta zvolíme. Ak zarúbeme privysoko, auto bude drahé, pre veľa ľudí nedostupné. Ale môže mať každý hrad? Nestačí byt? Rovnako je to s elektromobilmi: štandard, ktorý predvádza Tesla s Elonom Muskom je pre širokú vrstvu ľudí ťažko dostupný nielen z finančného hľadiska, ale aj všeobecne z hľadiska zdrojov, pretože vysoký komfort naráža na fyzikálne limity možností úspory energie alebo na problémy so spracovaním neskoršieho odpadu. Skrátka, Tesla medvedie služby, s.r.o.

Čo zvyšuje spotrebu auta, a teda aj požiadavky na jeho výkon? Hmotnosť, odpor vzduchu, rýchlosť, stúpanie, nerovnosti vozovky, druh pneumatík, potreba často brzdiť, nároky na zrýchlenie, klimatizácia a iné pomocné zariadenia. Boli pri predošlom porovnávaní všetky okolnosti nejako normované, aby sme neporovnávali hrušky s orechmi? Neboli.

Potrebujeme vozidlo o hmotnosti ako Tesla? Nie. Odpor vzduchu má Tesla pomerne nízky, takže tu je to v poriadku. Rýchlosť je vecou psychológie vodiča, premávky, terénu.

Klimatizácia súvisí so schopnosťou auto tepelne izolovať, s použitím nových materiálov, s novým konštrukčným riešením zameraným na tepelné straty, na čo doteraz nebolo treba prihliadať, pretože auto so spaľovacím motorom malo vždy tepla prebytok z princípu.

Potrebujeme dojazd ako Tesla? Mnohí vodiči nie – tí, ktorí ho potrebujú, budú mať možnosť voľby a okrem toho, stále tu je aj spaľovacia „klasika“.

Hmotnosť dnešných áut sa často odvíja od pocitu bezpečnosti. Reálne sa to týka najmä bezpečnosti pri náraze do iného vozidla. Ťažšie vozidlo má pri vzájomnej zrážke väčšinou výhodu, väčšiu deštrukciu zvyčajne odnesie ľahšie vozidlo, vrátane posádky. Ak by sme však riziko vzájomného stretu znížili pomocou aktívnych prvkov, potom budeme môcť konštruovať aj ľahšie autá, máme nové materiály, sú lepšie výpočty a simulácie.

To prinesie zníženie valivého odporu, ktorý je možné ďalej znížiť zlepšením valivých vlastností pneumatík. Kto dnes skutočne potrebuje pneumatiky na extrémny prejazd zákrutou, keď reálne väčšinou trpíme v zápchach a sme radi, ak vôbec môžeme ísť krokom? Sú azda lepším riešením kolobežky? Pri nich nám ten extrém nakoniec nevadí… Tu by sa kompromisne možno uplatnili pneumatiky na spôsob starých Fordov…

Podľa môjho odhadu by dnešné prázdne auto nemalo vážiť viac ako 500 kg a malo by byť štandardne pre dve osoby. Štatistika je v tomto smere úplne jasná: vo veľkej väčšine prípadov vodič ide vo vozidle sám, prípadne s niekým vo dvojici.

Daewoo Tico vážilo prázdne 650 kg. Odvtedy doba výrazne pokročila, a tak sa pýtam: naozaj sa nevieme zmestiť s rozumnými pevnosťami skeletu do podobnej hodnoty? Načo voziť so sebou hromadu „železa“? Samozrejme, komu to nestačí, nech volí iné možnosti, ale je neodškriepiteľnou skutočnosťou, že každý zbytočný kilogram je hriechom voči ekológii. Tento problém je asi najzložitejší, keďže nafukovacie auto meniace pevnosti a hmotnosť zatiaľ nemáme.

Moje päťmiestne auto váži 1250 kg, výkon má 55 kW. Na diaľnici som si zmeral orientačne výkon potrebný na pohon tak, že som auto rozbehol na 110 km/h, a zmeral počet sekúnd, kým na rovine bez výraznejšieho vetra rýchlosť poklesne po zaradení neutrálu na 100km/h. Zvyšok je veľmi jednoduchý výpočet. Dospel som k výsledku cca 10 kW. Teda keď idem rýchlosťou okolo 100 km/h, tak potrebujem energiu 10 kWh na prejdenie cca 100 km za hodinu. To je hodnota na kilometer dvakrát menšia, než uvádzajú v prípade Tesly. Inými slovami, dá sa na to pozerať aj tak, že Tesla takmer polovicu energie minie na komfort, ktorého by bolo možné sa celkom pokojne zriecť.

Poďme sa pozrieť na palivo. Moje auto má priemernú spotrebu štyri litre nafty na sto kilometrov (obmedzujem zbytočné brzdenie). Jazdím po mierne členitom teréne, občas po meste, diaľnica len v meste. Výhrevnosť nafty je cca 43 MJ na kilogram, teda v mojom prípade (ak to hrubo zaokrúhlime, že 1 liter zodpovedá cca 1 kg) pri štyroch litroch je spotreba 172 MJ na sto kilometrov, čiže 48 kWh / 100 km.

Vidíme, že veľká časť výkonu odíde do vonkajšieho prostredia ako teplo a len menšia časť ide do mechanického výkonu. Ak by sme súhlasili s údajom Tesly, že na 100 kilometrov je potrebných 20 kWh energie, potom účinnosť pohonu môjho auta je asi 42 percent, čo by bolo nezvyčajne veľa. Ak vyjdem zo zmeraného výkonu pri 100 km/h na diaľnici, kde je udávaná spotreba v technickom preukaze ešte o málo vyššia, potom sa dostávame k účinnosti pohonu len asi 21 %. Dajme tomu, že pravda by mohla byť niekde medzi týmito dvomi hodnotami, odhadom bližšie k nižšiemu číslu.

Keby moje auto malo elektrický pohon, pri spotrebe energie 10 kWh / 100 km a pri účinnosti nabíjania cca 60 % by potrebovalo asi 17 kWh / 100 km zo siete, čo predstavuje cca 3,40 eura, pri výhodnejších sadzbách okolo 2,40 eura / 100 km. Toto je tiež dôvod, prečo tej elektrickej energie treba takmer dvakrát viac, než mechanickej.

K podobným číslam sa dopracovali aj pri viacerých testoch elektromobilov: objavovali sa tam hodnoty spotreby medzi 15 až 25 kWh / 100 km, teda od 2,20 eura po cca 4 eurá / 100 km – viď napríklad test 88 elektromobilov, ktorý uverejnil Denník N (mimochodom, bolo ich 88, tých elektromobilov…).

Obzrime sa aj trochu späť do minulosti, keď mal na tie časy moderný a veľký traktor výkon „šialených“ 18 kW. Oralo to, jazdilo to. Položme si otázku: kvôli čomu a komu dnes potrebujeme väčší výkon pri bežnej preprave na kratšie vzdialenosti?

Kvôli zrýchleniu, tvrdia mnohí. Ale čo priepustnosť cesty, ktorá nepustí? Koľko sekúnd, či minút získam, keď to zrýchlenie uplatním? Stojí mi ten čas za to? Väčšinou vôbec nie: je pridrahý, robí auto oveľa drahším. Pritom často ten istý čas môžeme šetriť výhodnejšie niekde inde. Vo väčšine prípadov to, čo nás reálne časovo obmedzuje, je priepustnosť cestnej infraštruktúry, a nie rýchlosť, či zrýchlenie vozidla.

Mnohí sa obávajú toho, že elektromobily by mohli byť nebezpečné, že budú horieť ako nedávno jedna Tesla v Rakúsku. Nuž, toto je evidentne „detská choroba“, ktorá sa bez najmenších pochýb časom vyrieši. Už dnes existujú viaceré batérie, ktoré nemôžu podobne vyhorieť. A naopak, elektromobily nebudú so sebou voziť nádrž s potenciálne výbušnou zmesou, ako dnešné autá. Ani autá na vodík, ktoré niektorí vidia ako možnú alternatívu pre budúcnosť, nie sú v tomto smere lepšie.

Že na „kŕmenie“ toľkých elektromobilov nebudú stačiť ani Mochovce? Ani toto nebude až také horúce. Najmä ak sa zavedie inteligentné nabíjanie cez noc, podobne ako fungujú bojlery na teplú vodu. Spotreba bude výrazne nižšia, ak sa výrazne zníži hmotnosť áut. Že to bude na úkor pohodlia? Ale chceli sme predsa urobiť niečo pre ekológiu, či nie? Ešte vždy to bude pohodlnejšie než kolobežka, hlavne za dažďa…

Úmerne s hmotnosťou auta klesne aj hmotnosť a cena batérií. Klesnú nároky na množstvo lítia pre prípad, ak by batérie ostali na báze lítia. Dnes už je však možné postaviť aj veľmi podobné batérie na báze horčíka a ďalších prvkov, hoci zatiaľ to je ešte v štádiu výskumov.

Priemerná spotreba elektriny na domácnosť je niekde medzi 2000 – 6000 kWh ročne (viď napríklad TU). Ak potrebujeme na jazdu do práce a späť necelé dve hodiny rýchlosťou 100 km/h, potom podľa vyššie uvedeného potrebujeme cca 150 kWh týždenne. Ak zoberieme vyššiu spotrebu v domácnosti, tých 6000 kWh ročne a vydelíme 52 týždňami, vyjde spotreba domácnosti 115 kWh týždenne. Vidíme, že jeden elektromobil môže mať spotrebu podobnú ako energeticky náročnejšia domácnosť.

Výhrady sa týkajú aj faktu, že nie je vybudovaná infraštruktúra pre elektromobily. To je však problém každej novej technológie. Pri väčšom počte staníc vzniknú tlaky na decentralizáciu výroby, hypoteticky môže mať každá čerpacia stanica alebo tepláreň svoj „hybrid“ na pevných nohách, ktorý nikam nepocestuje, ale bude vyrábať elektrinu do batérií áut v okolí. Urobí to pritom možno aj efektívnejšie, než malý motor v skutočnom hybride.

Kým ľudia neprídu na niečo iné, hlavným zdrojom bude „atómový parný stroj“, ktorý dnes poskytuje veľkú väčšinu vyrobenej energie. Alternatívou by mohla byť aj solárna energia zo striech, kde však pretrváva politický a konkurenčný problém. A tiež technický problém, keďže energia sa nevyrába vtedy, keď ju najviac treba, ale vtedy, keď svieti slnko. Aj na tom sa však pracuje.

Veľkou environmentálnou výhodou elektromobilov je jednoduchá rekuperácia, ktorá časť energie vráti (obvykle 30 – 40 % pri brzdení, v tiahlych kopcoch ešte aj o čosi viac), čím klesnú nároky na spotrebu a odľahčí to brzdy. Tiež nastane zlepšenie účinnosti pri rozbehu, čo vyrovnáva nedostatky pri nabíjaní. Výrazne sa zjednoduší údržba vozidiel (aj keď sa iste nájdu subjekty, ktoré ju budú komplikovať): odpadnú emisné kontroly, výmena oleja, klasických autobatérií, chladiacej kvapaliny…

Záver? Prechodu na elektromobilitu sa netreba obávať, netreba sledovať celoplanetárne Gretine hystérie, ktorých účelom je zrejme skôr napojiť sa na rôzne peňazovody od firiem a lacno získať politický vplyv. Treba si lepšie všímať reálne možnosti doby. Uvedený spôsob pohonu postupne získa veľa výhod, ktoré málokto bude ignorovať, bez ohľadu na sprievodnú politiku a módne trendy.

Peter Rzyman